有混凝土封底的單壁鋼吊箱施工技術研究

趙文海

（江西省路順工程建設有限公司,江西 上饒 334000）

0 引言

鋼吊箱圍堰是橋梁承臺深水施工采用的防水措施，由存在混凝土封底的單壁鋼吊箱充當承臺模板，鋼吊箱模板采用分塊分節設計，能有效提高模板周轉效率，大幅降低施工成本。案例橋梁受橋址場地限制，在高樁承臺施工中，采用鋼吊箱施工技術，合理完成了深水承臺施工。

1 工程概況

某橋梁為大型變截面預應力混凝土懸澆連續剛構工程，長度1 638.24 m，寬度25 m。跨徑組合為連續空心板（16×20 m）+連續 T梁（4×30 m）+連續剛構（79 m+2×145 m+79 m）+連續T梁（4×30 m）+連續空心板（31×20 m）。

主墩樁基采用變截面大直徑樁設計，樁長45.6 m，采取水下C35混凝土澆注。主墩承臺采用雙幅一體式結構設計，規格為29.06×12.2×4.5（m），承臺底部標高-0.4 m，頂部標高+4.1 m，承臺混凝土封底高100 cm，單樁承臺混凝土澆注量1 815.3 m3，也采取水下C35混凝土澆注。

該工程穿越西江虎跳門航道，日常流量較大，地下水主要為基巖裂及松散層孔隙水。在綜合考慮周邊設施環境、水文氣候地質條件、施工總體安排等因素基礎上，參考地區工程經驗，確定21～23#主墩承臺采用有混凝土封底的單壁鋼吊箱施工方案。

2 吊架系統的承重構件設計

2.1 承重結構

上承載結構部件為貝雷片梁和2I25a；下承載結構部件是2I56a或2I45a雙拼工字梁。

2.2 承重結構裝配

（1）裝配支承系統。在8個成樁樁基中心處澆注D110 cm鋼筋混凝土柱作為承重柱，并且沿著橫橋方向，基于柱中心線，架設2排單層貝雷片桁構，連同龍吊軌道基礎貝雷梁一起作為鋼吊箱懸掛承重結構部件。

（2）吊拉桿配置。在貝雷片桁構與龍門吊軌道基礎下方設置吊點，并穿套1根長10 m的精軋螺紋鋼筋，上端使用10 m厚的強化鋼板和錨具錨固在上承重梁上，下端錨固在底梁上，一共設置40個吊拉桿，其上部分錨固端設有下降系統，可以多點同時下降鋼吊箱。

（3）底部支承梁的安裝。應在吊拉桿設置完成以后裝配底部梁，底梁應用2I56a或2I45a雙拼工型鋼，長度為20 m，在吊拉桿上直接吊裝，下端采用錨具固定。吊裝后找平，保障底梁頂面保持在同一水平面。

（4）承重結構部件裝配完畢后，調節底梁頂面標高至+1.5 m，精軋螺紋鋼筋通過底梁底部的延伸長度應控制在30 cm之內，以此計算箱體組裝完成后需要降低3.1 m的距離[1]。

3 深水承臺施工技術要點

3.1 鋼吊箱底板配置

一般采用鋼模板作為鋼吊箱底板，該項目考慮到施工單位缺乏鋼板材周轉能力，而且工期恰值鋼材價格比較高，為了保證施工安全和節約成本，故鋼吊箱底板采用鋼筋混凝土預制板。

各個鋼吊箱的底板由36塊厚度為20 cm的混凝土預制板構成，由預制廠提前預制，采用規格為10 cm×30 cm鋼筋網結構，上下各配置一層，沿鋼套管邊設置兩根Φ2.2 cm螺紋鋼強化筋。混凝土板外緣比套箱外緣多出25 cm，端板圓弧段均做成直線，以便于制作預制模板。

套箱模板的底部配備有短槽鋼，裝配模板時焊固短槽鋼和預設底板鋼板，用于模板固定和限位。混凝土板直接放在底梁上，便于承臺施工后將底梁拉出，無需水下拆卸。

裝配完畢吊裝系統后，便可現場拼接混凝土預制底板，預制板和鋼套管的凈距離原則上不低于5 cm，預制板采取現場澆注法連接，板間濕接縫寬度為20 cm，混凝土需7 d齡期以后才允許下沉套箱[2]。

3.2 鋼吊箱模板拼制與拆卸

（1）分塊設計。為增強鋼吊箱模板周轉率，控制施工成本，模板采取分塊拼制，塊規格兼作主薄臂墩外模板和連續剛構吊籃的側模板或底模板。套箱模板也可以作為主薄臂墩模板，只要稍加改造，也可以作為吊籃側模板或底模板，有利于增強鋼模板材料的周轉率，也可以一定程度降低工程成本。

（2）模板安裝。吊箱底部支承梁和混凝土底板裝配完成以后，應用型鋼在套箱外側配置卡口，對套箱開展定位，然后使用龍門吊裝配模板，模板裝配完成后才能裝配底板。裝配過程如下：

1）模板在工廠完成分塊加工后，運到現場作業平臺組裝。

2）參照混凝土底板上已經放樣的承臺輪廓線進行定位。

3）鋼吊箱模板總高度5.56 m，分上、中、下3層進行加工，其高度分別為2.50 m、1.53 m和1.53 m，單塊長度應考慮薄臂墩的施工操作需求。裝配時，應按+1.5 m的標準，控制底梁2I45a頂面的標高。第1層模板安裝完畢后，裝配底板并進行濕接縫澆注。底板組裝完成后，啟動整體下放的第1步操作，下放1.2 m。第1步到位后，裝配第2層和第3層模板，裝配內部支承。

4）完成模板組裝后，需要裝配外側豎向2I20a加強筋與內部支撐系統。內支撐及外圈梁的裝配，一定要按照設計圖規定順序開展。具體如下：

側模板：面板應用6 mm鋼板，縱向和橫向采取型鋼進行強化，并且配置加力型鋼。模板連接區域，以10 mm鋼板開孔作為肋板連接，加力型鋼主梁截斷區域，必須加厚度20 mm的橫向開孔鋼板，應用M10.8Φ20高強度螺栓進行連接。為避免漏水，所有接頭均配有5 mm的膠墊[3]。

內支撐：承臺的第2層混凝土區域，配置縱橫內支撐，內支撐應用平臺已有的Φ20管鋼桁構，焊接牢固內支撐架與套箱垂向加力型鋼位置的鋼板。

拉桿：在承臺第1層混凝土施工完成并已經達到設計強度以后，拆去內支撐桿，在頂面設置拉桿。采用Φ25精扎型螺紋鋼拉桿，拉桿的兩端，錨固在側模伸出的垂向加力型鋼2I20a上，待鋼吊箱模板整體裝配固定后，即可以進入整體下放套箱作業。

（3）鋼套箱防漏水措施。鋼吊箱組裝工序通過驗收以后，應封堵鋼吊箱和鋼筋混凝土底板的接觸部位，以免漏水造成封底質量不合格。可以采取下述措施封堵：

1）模板分塊處應平整，接縫處使用橡膠墊層。

2）檢查面板是否打孔，整體下沉鋼套箱后，在封底澆注前，必須嚴格封閉縫隙。

3）封底澆注混凝土應均勻，澆注時應注意底板和鋼套管之間是否存在漏漿現象，若有泥漿泄漏，應派潛水員重新堵漏。

（4）拆卸鋼套箱和支撐系統。承臺施工操作完成，并在混凝土達到設計強度以后，可拆卸鋼套箱。拆卸順序如下：

1）完成封底以后，在承臺澆注第1層混凝土以前，將封底以上的鋼套管割除，并將2I25a工型鋼拆卸。

2）承臺完成施工后，先拆去套箱的模板系統，再拆去底梁。

3）底梁在承臺底部，由吊拉桿錨具給予固定，自重比較大，單根4.2 t。拆卸時，先用鋼絲纜固定底梁，用龍門吊將其吊起，再由潛水員潛入承臺底部，將固定底梁的錨具拆去。再將底梁吊至棧橋平臺，以備承臺下一工序施工。

3.3 鋼吊箱的整體下放操作

鋼吊箱的重量約在273.33 t左右，采用精軋Φ25螺紋鋼吊拉桿，共配置40根，下放套箱應用10 t級手拉葫蘆。操作過程：裝配完畢套箱，起動下放操作，手動50 t千斤頂40個，借助千斤頂的反力梁，對吊拉桿進行控制，操作鋼套箱下放。

（1）鋼吊箱下放操作。控制過程：

1）按設計要求將千斤頂裝配好，保證錨具固定擰緊。

2）上錨固松開，按統一指揮指令，對千斤頂的下放走程進行控制，下放到指定位置后，上錨固給予固定。

3）下錨固釋放松開，按規定走程上移下錨固結構，千斤頂收短，重復2）過程，如此循環開展下放操作。

4）吊拉桿緩慢下放，同時下放底支承梁、封底板、鋼套箱至規定高程，進行吊拉桿錨固，由潛水員應用專用鎖箍，鎖住鋼護筒與底板間的空隙。

（2）為保證下放精度滿足設計標準，應注意做好下述事項：

1）千斤頂下放操作控制，須有專人統一指揮，務使下放同步和走程標準。

2）下放走程3.1 m，操作過程按3步進行。第1步，在吊箱模板第1層裝配完成以后，操作1.2 m走程下放，調平并擰緊螺母；第2步，在吊箱模板第2層裝配完成以后，再操作1.2 m走程下放，調平并擰緊螺母；第3步：在吊箱模板第3層裝配完成以后，再操作0.7 m走程下放，調平并擰緊螺母，準備啟動承臺封底操作[4]。

（3）防洪措施。承臺套箱工期處在洪水時發季節，為保證套箱安全施工，應注意采取如下措施：

1）配置專人負責觀測水位，確保操作期間時刻精準把握水位變化情況。

2）套箱封底但未完成承臺第1層混凝土澆注階段，套箱側模通管打開，保證箱內外保持水頭一致。

3）套箱封底但未完成承臺第1層混凝土澆注階段，水位超過+4.5 m標高，須打開套箱側模通管，以防止浮力太大而造成套箱上浮。

4）在洪水來臨前，預設并裝配好防洪桁構。

3.4 鋼吊箱混凝土封底澆注

（1）澆注裝備和澆注點配置。承臺計330 m2面積，去除樁頭后承臺面積為253 m2，各個澆注點的作用半徑3.50 m，影響面積38.50 m2，共配置8個澆注點，影響面積總計308 m2。

（2）混凝土封底的澆注質量控制。混凝土封底澆注系屬水下混凝土澆注操作，混凝土澆注量約在203 m3，若按≤5 h控制澆注時間，則至少須保持41 m3/h的澆注進度。因為澆注操作還要有一定的輔助措施，故澆注進度以≥50 m3/h控制更符合現場施工需要。

注意以下要點：

1）混凝土的配比及質量。封底作業的澆注點多、方量大、工時較長、輸送泵少，須應用和易性好、初凝時間長的混凝土，所以須在澆注操作前，對混凝土的配比及功效進行測定。

2）配置混凝土導管。提前配置好混凝土澆注導管，并對第1斗混凝土方量給予準確計算。

3）澆注順序。由中間向兩端澆注，應連續澆注作業，澆注導管應充分固定好，避免移位、搗振影響工作狀態，澆注要一次性到位（0.8 m）。

4）澆注面標高控制。澆注混凝土過程中，須隨時探測和復核澆注面的標高，為澆注點操作提供標高參考。一般導管口的混凝土要求滿足0.70～0.75 m的澆注厚。隨時探測和復核澆注面的標高也有助于發現漏漿情況，一旦發生漏漿，需要及時給予處理。

5）配置澆注面標高測量點。3.5 m澆注半徑范圍；導管附近；以1 m為間距，樁基護筒周圍加測；側板每1 m間距。

3.5 承臺混凝土澆注操作

（1）承臺分層澆注混凝土。吊箱混凝土封底澆注完畢并達到設計要求強度后，即允許抽干箱內存水和割除鋼護筒，開展承臺混凝土澆注操作。承臺混凝土澆注的方量較大，在1 485 m3左右。采取分層澆注，每層2.25 m厚度，時間間隔按7～12 d控制；初凝時程范圍內分3次完成每層混凝土澆注，每次澆注厚約75 cm。

（2）質量控制要點。案例主墩承臺的單個混凝土體積在1 485.4 m3左右，采取2層澆注，每層為743 m3澆注方量，澆注耗時長。案例工程在施工過程中，在下述方面加強質量控制：

1）應用和易性和流動性好的混凝土型號，注意初凝時間與澆注工期匹配。

2）全面檢查吊箱模板、預設件和鋼筋，不存在問題后，啟動混凝土澆注。

3）第2層混凝土澆注前，對墩體預設鋼筋的位置給予復核，確保配筋準確。

4）做好混凝土內部的溫度冷卻控制措施，開始澆注前，對冷卻管進行通水測試，避免管道阻塞或漏水。

5）按規定方向和順序澆注混凝土，分層澆注速度控制好，保證上層混凝土澆注能夠在下層混凝土初凝之前操作完成。

6）應用插入式搗振器搗振，30～50 cm間隔設置搗振點。

7）搗振器按5～10 cm深度插入下層混凝土，并與側模保持5～10 cm距離。

8）每次搗振時間不可太長或太短，應搗振到該區域混凝土不再下沉、不發生氣泡、面層平坦為止。

9）搗振完畢1處，應邊搗振邊徐徐拔取搗振棒。

10）防止搗振棒與鋼筋、模板或其他預設件碰觸。

11）強化搗振樁基和模板近邊的混凝土。

（3）控制混凝土溫度。案例主墩承臺系屬大體積澆筑結構，混凝土1次澆注最大量在743 m3左右，所以施工過程中混凝土溫度控制非常關鍵。案例工程在施工過程中，在下述方面加強混凝土溫度控制：

1）合理選配材料，優化混凝土配比。在保證混凝土設計強度前提下，盡可能降低水泥用量，以最大限度控制和降低水化熱影響；盡可能選用級配較佳的粗骨料；選擇優質外加劑：適量摻入減水劑和粉煤灰。

2）配置好混凝土內部降溫水管，牢靠固定裝配并做過水試驗，防止應用過程中發生漏水和堵水。完成每層混凝土澆注后，馬上通水冷卻。連續14 d通冷卻水。養生期間，內外混凝土溫度和冷卻水的溫度須專人監測，適時調節冷卻水流量和溫度差。

3）澆注完混凝土后，表面適當蓄水，保證養護濕度。

4 結語

綜上，開展了深水橋梁承臺有混凝土封底的單壁鋼吊箱施工技術研究，技術要點包括吊架系統的承重構件設計、鋼吊箱底板配置、鋼吊箱模板拼制與拆卸、鋼吊箱的整體下放操作、作鋼吊箱混凝土封底澆注以及承臺混凝土澆注操作等。有混凝土封底的單壁鋼吊箱施工技術在橋梁深水高樁承臺施工中應用具有良好的圍堰防水功效，也能夠提高模板周轉應用效率，大幅降低施工成本。